最值得期待的14款国外电池前沿技术
发布日期：2017/5/16
目前的动力电池大部分都选用锂电池，但锂电池发展至今，其能量密度已经接近理论物理极限，寻求新技术以实现锂电池质变已是迫在眉睫。可以预见的是，谁将锂电池质变技术应用于工业化生产，谁就能饮得新能源汽车市场的头啖汤。
在化石能源逐渐匮乏的大环境下，新能源汽车取代传统燃油车的趋势已是势不可挡。而事实上，尽管近年来电动汽车飞速发展，销量成倍增加，但相较于传统车依然显得不够份量。
电动汽车尚限于续航和安全而不能普及市场，很大程度上源于其心脏——动力电池不够强大。
目前的动力电池大部分都选用锂电池，但锂电池发展至今，其能量密度已经接近理论物理极限，寻求新技术以实现锂电池质变已是迫在眉睫。可以预见的是，谁将锂电池质变技术应用于工业化生产，谁就能饮得新能源汽车市场的头啖汤。
在新技术的革新上，国内外企业一直在进行持续的投入：东旭光电等主推石墨烯电池、银隆和微宏动力推崇钛酸锂电池、美国等诸多研究机构另辟思路寻找固态电池、锌电池路径……技术的进步永无止境，不能以片刻的得失论成败。无论哪种电池都将由于其不同特性，寻找到其适合的应用领域。
为此高工锂电梳理了今年以来国外前沿电池技术进展情况，所谓他山之石可以攻玉，希望能够对国内的电池发展有所裨益。
1、StoreDot公司设计5分钟提供300英里续航能力电池
BBC报道称，以色列StoreDot公司CEO表示，公司2015年展示的5分钟充满手机电池的技术已做好商用准备，并将于2018年正式推向市场，目前已经有手机厂商接纳并采用。需要注意的是该项快充技术还饱有争议，充电速度过快对电池性能可能造成影响。
实际上，StoreDot公司方面称，公司还设计了一款电动汽车电池，在自家快充技术加持下，可以做到5分钟内能为电动汽车提供300英里的续航能力。
2、德国工研院研发充电一次续航1000公里新电池
德国工研院移动能源存储系统项目经理沃尔特与一个团队携手合作，正在研究一种新电池，称可以让电动汽车充电一次续航620英里（1000公里）。
为了达到这一目标，研究人员通过剔除封装单个电池外壳，用薄片式设计取代圆柱形设计。金属片上涂有能源存储材料，由粉末陶瓷和聚合物粘合剂制造而成。金属片的一侧是正级，另一侧是负极。然后将双极性电极一个一个堆叠，电极之间用薄薄的电解液分开，并在内部配置防止电荷短路材料。最终，科学家将叠起来的薄片封装为大约为10平方英尺（1平方米）的电池，并与汽车电力系统连接。
研究人员表示，该方法能够在相同的空间内安放更多电极，从而存储更多的电能。该新型电池系统预计在2020年之前进入实际测试阶段。
3、世界首款硅负极电池完成认证
拥有先进锂离子电池技术的开发商Enevate公司，宣布已开发出世界上第一款硅主导的锂离子电池，应用于智能手机和其他消费类，并且已经通过了全球安全和质量认证(包括UN 38.3，UL 1642，UL 2054，CTIA / IEEE 1725，IEC 62133和IEC 61950)。
该技术，与仅包含少量硅添加剂、以石墨为主材的阳极不同，它是以硅为主材的阳极作为专有的活性物质薄膜，硅含量高达70%以上，提供了传统锂离子电池阳极能量密度的4倍以上。
高达4C速率的充电功能，意味着在15分钟内可充电至90%，而不会不会对能量密度造成影响。同时在智能手机等移动设备中增加35%至50%的续航时间。
此外，与传统的锂离子电池相比，该技术还提供了出色的低温性能，同时避免了析锂的问题，因此具有内在安全性优势(高于传统锂离子电池40%的防过充能力)。
4、美国致力研制高性能新型固态电池
美国国家航空航天局(NASA)透露，其正在与迈阿密大学合作，研制新型固态电池。该电池所占空间仅为现有电池的三分之一，可用在“立方体卫星(CubeSats)”等微型卫星上，同时还具备防撞、防潮、防燃等性能。研究团队希望该技术能成为一种安全有效的储能方法，并且在多个领域实现应用。
5、特斯拉实现电池衰减控制在5%以内
特斯拉首席电池科学家Kurt Kelty和技术研发伙伴加拿大Dalhousie大学的Jeff Dahn在最新的技术演讲中表示，研究小组已经在电池性能领域取得重大突破，能够让车辆在行驶48万公里后，电池的衰减控制在5%以内。
Jeff Dahn介绍称，提高NMC三元锂电池中的某种化学成分，可以限制高压下电池运行时产生的有害气体，经过改进后的电池单体能够在超过1200次循环后依然有着优秀的性能表现。这意味着以每年行驶2万公里计算，车主在连续驾驶24年后电池容量仍然可以达到出厂容量的95%。
目前，这项技术已经在特斯拉即将推出的新车当中使用，预计会是定于今年7月推出的Model 3轿车。
6、美国海军与恩吉克电池公司联合开发新一代「3D锌正极电池」
美国海军与恩吉克电池公司联合开发新一代「3D锌正极电池」，以用于所有电能产品供电，包括电动汽车、混合动力车、飞机、船只等。美国海军表示将在车辆上应用测试该种电池，美国能源部高级研究计划署希望这种电池技术可以成为未来储能设备。
有别于传统的锌电极制备方法，研究方不是直接将锌的粉末压成片，而是通过乳液方法将其制成多孔的海绵状结构。随后他们构建了以这种新型结构为阳极，碱式氧化镍为阴极的电池。
测试表明，这种电池在使用过程中，锌的氧化和还原过程都更为均匀，因此电池历经多次充放电循环仍可保持较好的性能。研究人员希望这种新型电池有朝一日能够取代锂离子电池，从而让电子产品更加安全。
7、石墨烯技术搭载于Fisker公司电动汽车
Fisker 公司发布了Emotion电动汽车的最新预告图。Fisker方面称称新车使用石墨烯电池技术，能够延长续航里程、电池寿命，同时加快充电时间，续航里程可达400英里(644公里)，将于8月17日亮相。
8、NRL开发可充电锌电池成本比锂电池系统少30%-50%
美国海军研究实验室（NRL）化学部的研究人员近日开发出了一种更安全的锂离子电池替代品——可充电锌电池。据称，锂离子电池因其易燃特性，在海军舰艇和其他军事平台上已被禁用。
加州圣安塞尔莫的电池技术公司EnZinc的CEO米切尔˙布鲁斯表示，该公司科研人员正在测试和推广这项技术，预期能够比锂电池系统便宜30%-50%。
长期以来，限制锌电池充电的主要原因为仅仅几轮充电后，锌电池内部的两电极之间会产生导电细丝，最终发生两极短路。对此科研团队找到了一种抑制电池内部导电细丝产生的方法：将锌阳极做成多孔海绵状结构。充放电期间，电流在锌阳极上的分布更均匀，因此导电细丝难以产生。
实验表明，阴极由镍制成的锌电池可以承受5万次充放电，寿命与混合动力车的铅酸电池相仿，但锌电池的单位体积储能和单位质量储能都高于铅酸电池。
美国海军实验室成果转化办公室的斯蒂文˙马库斯（Steven Marquis）表示，EnZinc公司已经获得了锌-镍电池在轮式电动汽车领域的产业化授权。其他应用领域和其他阴极材料的授权仍在开放中，海军实验室的研究人员仍然在探索其他的阴极材料。
9、NEC公司研发石墨烯海绵添加剂提升锂电池性能
日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂，也称为Magic G，可用于锂离子电池的阳极和阴极，以提高其速率和功率性能。
Magic G通过一系列方法生产，最初研究人员通过改进的悍马法氧化石墨，以生产氧化石墨。此后进一步进行热冲击和空气氧化处理，其形成了预制Magic G（前MG）的材料。然后在1000℃下热处理前体来实现魔术G。
前兆和最终的Magic G产品均通过许多市售机器和方法进行了表征，包括场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）（日立SU8000），透射电子显微镜（TEM）（Hitachi H-90000UHR），原子力学显微镜（AFM）（Bruker Nano Scope V Dimension Icon），傅里叶变换红外（FT-IR）（Varian 7000FT-IR），拉曼光谱（NRS-7000），气体吸附（BELSORP18PLUSUS-HT）和温度程序解吸质量光谱法（TPD-MS）（Shimadzu GC / MS-QP2010 Plus）。
与其他非魔术G锂离子电池相比，向阳极添加0.5％（重量）添加量可使充电容量保持率在6次循环时从56％提高到77％，10次循环时的充电容量保持率从7％提高到45％。在阴极中，加入相同量的Magic G，并且在6次循环中，放电容量率从43％增加到76％，并且在10个循环中从16％增加到40％。
除了更显着的改进之外，添加Magic G的电极电子传导性也增加了，电解质的吸附，并降低了活性材料的电荷转移电阻。
10、宝马全固态锂离子电池计划于2026年实现量产
宝马正在研发一款更为先进的锂离子电池，这款电池将用固态电解质代替现有的电解液，更轻、更安全、密度更高，计划于2026年实现量产。
作为一种优缺点分明的新型锂离子电池，全固态锂离子电池高安全性、高能量密度、可以承受更高的电压等是当前锂电池业界追求的目标，但也存在制造技术复杂，成本较高等明显缺点。
11、伊顿将推出1500VA锂电池UPS
国际知名UPS厂商伊顿宣布，公司将推出1500VA锂电池UPS系列产品，全新伊顿1500VA锂电池UPS的电池寿命将是标准UPS的两倍，在产品的整个使用寿命周期内，有远程办公或分公司需求的客户可以极大地节省因更换电池所产生的大笔费用。目前该产品已经取得所需的全部认证，计划于今年第三季度开始发货。
锂电池在超大型云环境中的一个优势是：高低温适应性强，不会像铅酸电池那样对高温加热环境敏感。早在三年前，伊顿便开始研发1500VA锂电池UPS系列，并着力于获得相关认证和专业知识以解决锂电池的风险性问题。目前，伊顿已经取得了处理这些电池所需的全部认证。
12、美国研发新型冷冻方法延长锂电池寿命
美国研究人员开发了一种新型冷冻方法，可以延长锂电池的寿命，提高安全性，电池还能够弯曲。此项技术有可能应用于智能手机和平板电脑，使它们变得更加灵活。
哥伦比亚大学傅氏基金工程和应用科学学院的研究人员用固体电解质取代液态电解质，使用冰模板来制造陶瓷固体电解质的垂直对齐的柱结构。陶瓷固体电解质拥有更高的安全性和导电性。
研究人员表示，这是首次采用冰模板法将不易燃无毒的柔性固体电解质用于锂电池中。未来采用该电池的智能手机或平板电脑可以做到弯曲。
13、美国马里兰大学改造木头结构制作锂电池负极
美国马里兰大学称，该校工程师通过改造木头结构，用来制作成锂电池的负极结构，以增强电池的安全和使用性能。
马里兰大学的科学家提出，放弃使用金属块储存锂离子的传统做法，转而使用木材中运输水与养分的天然管道来容纳锂离子。由于结构固定，无论离子数量如何变化，木材都不会坍塌或受到损坏。
为了在充电时，保证高电流密度不会使锂离子堵塞在“居所”门外，科学家增加了木材内部的通道入口。这种改造使得每个入口的离子数量都不多，局部电流密度很小，电池不会产生发热发烫现象，也就避免了爆炸。此外，由于木材的内部结构更大，同样体积条件下，能够比金属块容纳更多电量。
14、日本产业技术综合研究所开发出全固态锂二次电池
日本产业技术综合研究所先进镀膜技术研究中心对外宣称，其研究人员在材料中采用氧化物单结晶，开发出电池内部不易产生短路的全固态锂二次电池。
以往的产品每1平方厘米通过0.6毫米—0.8毫安的电流就会出现短路，新产品则在每1平方厘米通过10毫安的电流也不会产生短路，未来有望用作医疗机械电池等。
据称，研究小组将氧化物固体电解质材料“石榴石型氧化物”合成为具有过去10倍左右的锂离子导电率的单结晶，阻止了引起短路现象“树枝状结晶”的发生，并将微粒子和气体混合喷射到基板，接合电极与电解质。
来源:高工锂电技术与应用
